人工誘導(dǎo)對(duì)魚(yú)類(lèi)性別分化和性別決定的影響綜述

單紅　周?chē)?guó)勤　陳樹(shù)橋　茆健強(qiáng)

摘要：魚(yú)類(lèi)性別控制對(duì)于水產(chǎn)養(yǎng)殖具有十分重要的指導(dǎo)意義。目前用于生產(chǎn)實(shí)踐的魚(yú)類(lèi)人工性別控制方法有很多，包括溫度、外源激素和芳香化酶抑制劑等，但大多數(shù)仍然處于探索與試驗(yàn)階段。本文通過(guò)對(duì)魚(yú)類(lèi)性別決定機(jī)制、相關(guān)基因及人工誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別分化的方法等方面國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展的闡述，為魚(yú)類(lèi)性別控制、調(diào)控養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的經(jīng)濟(jì)性狀等提供有益的參考。

關(guān)鍵詞：魚(yú)類(lèi)；性別決定；性別分化；人工誘導(dǎo)

中圖分類(lèi)號(hào)：S917文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2014）01-0197-03

收稿日期：2013-05-20

基金項(xiàng)目：江蘇省水產(chǎn)三項(xiàng)工程項(xiàng)目（編號(hào)：PJ2011-1）。

作者簡(jiǎn)介：?jiǎn)渭t（1980—），女，江蘇南京人，博士，高級(jí)工程師，主要從事水生動(dòng)物遺傳育種研究。E-mail：jiangxue0011@sina.com。魚(yú)類(lèi)性別決定的基因型在受精時(shí)就己經(jīng)形成，但作為一種低等脊椎動(dòng)物，千差萬(wàn)別的生活環(huán)境決定了其性別決定方式的多樣化。大量研究結(jié)果表明，雌雄異體魚(yú)類(lèi)的性別決定除受遺傳因素的控制外，也容易受到環(huán)境因素諸如溫度、光照、水質(zhì)和外源激素等的影響。因此，多年來(lái)在魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)于一些雌、雄魚(yú)經(jīng)濟(jì)性狀差異較大的養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)，人們一直探索著如何通過(guò)人工誘導(dǎo)的方式提高養(yǎng)殖群體中雌魚(yú)或雄魚(yú)的比例，以提高養(yǎng)殖產(chǎn)量和獲得經(jīng)濟(jì)價(jià)值高（如生長(zhǎng)率和個(gè)體大小等）的商品魚(yú)。因此，研究魚(yú)類(lèi)的性別決定以及各種人為因素對(duì)性別分化的影響，在魚(yú)類(lèi)發(fā)育生物學(xué)理論上和養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)踐上都具有重要的意義。

1魚(yú)類(lèi)性別決定及相關(guān)基因

魚(yú)類(lèi)性別決定機(jī)制非常復(fù)雜，幾乎具有所有脊椎動(dòng)物的性別決定方式，存在從雌雄同體到雌雄異體的各種性別類(lèi)型，性逆轉(zhuǎn)是魚(yú)類(lèi)中較為常見(jiàn)的現(xiàn)象。與其他高等脊椎動(dòng)物不同，在許多魚(yú)類(lèi)中決定性別的基因不明顯地集中于性染色體，常染色體上的基因也參與到性別決定中，這些基因共同決定和控制魚(yú)類(lèi)的初始性別。近年來(lái)，隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，魚(yú)類(lèi)性別決定相關(guān)基因的研究取得了一些重要進(jìn)展。其中，研究較多的有DMY基因、芳香化酶基因、Sox基因家族和Dmrt基因家族等，這為從分子水平上闡明魚(yú)類(lèi)的性別決定和分化機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

1.1DMY基因

DMY（DM domain gene on Y-chromosome）基因是在青鳉（Oryzias latipes）體內(nèi)發(fā)現(xiàn)的1個(gè)性別決定基因，也是首次在非哺乳類(lèi)脊椎動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的性別決定候選基因。Matsuda等用重組斷點(diǎn)法將青鳉的性別決定區(qū)定位于Y染色體 530 kb 的區(qū)段上，隨后發(fā)現(xiàn)了1個(gè)性反轉(zhuǎn)XY雌性個(gè)體，進(jìn)一步分析將性別決定區(qū)縮小到250 kb區(qū)段，鳥(niǎo)槍法測(cè)序得到了27個(gè)基因，其中1個(gè)是Y染色體特異的，含有DM結(jié)構(gòu)域，故命名為DMY[1]。Shinomiya等通過(guò)大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)在野生青鳉種群中大約存在1%的性別反轉(zhuǎn)個(gè)體，并且檢測(cè)出他們都攜帶有突變的DMY基因，進(jìn)一步證實(shí)了DMY基因是青鳉的性別決定基因[2]。但隨后的研究發(fā)現(xiàn)，一些與青鳉親緣關(guān)系較近的物種及其他硬骨魚(yú)類(lèi)中均未發(fā)現(xiàn)DMY基因的同源基因，表明它不是魚(yú)類(lèi)中廣泛存在的性別決定基因。

1.2芳香化酶基因

芳香化酶（aromatase）是催化雄激素向雌激素轉(zhuǎn)化的一個(gè)關(guān)鍵酶，它能夠催化睪酮和雄烯二酮等雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素[3]。在芳香化反應(yīng)過(guò)程中，細(xì)胞色素P450芳香化酶起主導(dǎo)作用，對(duì)調(diào)節(jié)整個(gè)性類(lèi)固醇激素的平衡有重要意義。Sudhakumari等詳細(xì)研究了尼羅羅非魚(yú)（Oreochromis niloticus）P450芳香化酶基因的表達(dá)與作用，結(jié)果顯示P450芳香化酶基因在雌雄魚(yú)體中具有明顯的表達(dá)差異，在卵巢中的表達(dá)顯著強(qiáng)于在精巢中的表達(dá)[4]；在對(duì)奧利亞羅非魚(yú)（Oreochromis aureus）的研究中發(fā)現(xiàn)，P450芳香化酶僅在卵巢中表達(dá)，精巢中無(wú)表達(dá)[5]；青鳉[6]和歐洲海鱸（Dicentrarchus labrax）[7]的P450芳香化酶亦在卵巢中表達(dá)，精巢中幾乎不表達(dá)。此外，魚(yú)類(lèi)體內(nèi)芳香化酶的表達(dá)水平和活性還與雌激素生成量以及生殖細(xì)胞發(fā)育有關(guān)。莫桑比克羅非魚(yú)（Tilapia mossambica）卵巢合成17β-雌二醇的能力與芳香化酶mRNA水平及蛋白含量密切相關(guān)；虹鱒魚(yú)（Oncorhynchus mykiss）體內(nèi)促性腺激素的含量隨芳香化酶活性的提高而增加；日本鰻鱺（Anguilla japonica）血液中17β-雌二醇的含量與芳香化酶的活性有關(guān)，濾泡細(xì)胞層分泌17β-雌二醇的量取決于芳香化酶活性的高低。

1.3Sox基因家族

Sox（sry-related box）基因家族含有1個(gè)SRY樣HMG盒，廣泛參與包括性別決定與性腺分化在內(nèi)的多個(gè)性腺發(fā)育事件。其中受到較多重視的是Sox9基因，其HMG結(jié)構(gòu)域可與DNA序列特異性結(jié)合，而該區(qū)域的突變將會(huì)使其失去結(jié)合能力從而導(dǎo)致性反轉(zhuǎn)。Northern雜交分析結(jié)果表明，Sox9在大鱗副泥鰍（Paramisgurnus dabryanus）精巢中高表達(dá)，表明該基因與精巢形成和分化有關(guān)。Yokoi等從青鳉中分離出Sox9基因，原位雜交分析發(fā)現(xiàn)其主要在成魚(yú)的卵巢中表達(dá)，在精巢中表達(dá)較少，表明其在性腺分化過(guò)程中具有不同的作用方式[8]。Galay-Burgos等[9]和Hett等[10]分別從歐洲海鱸和歐洲大西洋鱘（Acipenser sturio）中獲得12個(gè)和8個(gè)Sox基因，其中部分存在基因重復(fù)現(xiàn)象，這些在魚(yú)類(lèi)中克隆到的與哺乳動(dòng)物性別決定基因的同源基因沒(méi)有保守的性別決定功能，或者其功能有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.4DMRT基因家族

DMRT（doublesex and mab-3 related transcription factor）基因家族是1類(lèi)轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子，含有果蠅的doublesex基因和線(xiàn)蟲(chóng)mab-3基因共有的DM-domain蛋白序列，其編碼的產(chǎn)物以鋅指方式與特異的DNA序列相結(jié)合，調(diào)控基因表達(dá)[11]。其中Dmrt1是一個(gè)與性別決定和性腺分化的相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子編碼基因，被認(rèn)為是脊椎動(dòng)物中最原始的性別相關(guān)基因，為繼Sox9之后發(fā)現(xiàn)的又1個(gè)性別相關(guān)的重要基因。Guo等發(fā)現(xiàn)DMRT1基因在斑馬魚(yú)（Danio rerio）精巢和卵巢發(fā)育中都有表達(dá)，證明DMRT基因不僅與其精巢發(fā)育密切相關(guān)，而且在卵巢發(fā)育過(guò)程中也起到重要作用[12]。此外，魚(yú)類(lèi)中DMRT基因家族的功能變化很多，其很多成員都有明顯的組織特異性，與性別分化有著一定的聯(lián)系。

2人工誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別分化

2.1溫度誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別分化

環(huán)境因素對(duì)性別決定和分化影響的現(xiàn)象已在包括野生型種群和實(shí)驗(yàn)種群在內(nèi)的39種硬骨魚(yú)中發(fā)現(xiàn)，最主要的因素是溫度，其次是種群密度、鹽度、pH值、光周期等。魚(yú)類(lèi)的溫度依賴(lài)型性別決定（temperature-dependental sex-determination，TSD）大致可以劃分為3種類(lèi)型。第1種類(lèi)型是高溫下生成較多的雄性低溫則生成較多的雌性，大多數(shù)魚(yú)類(lèi)均屬于此種類(lèi)型。Dcotta等利用高溫處理性別分化期的尼羅羅非魚(yú)，發(fā)現(xiàn)升溫可使尼羅羅非魚(yú)的芳香化酶mRNA表達(dá)水平降低，雌二醇分泌量減少，最終使基因型為雌性的個(gè)體雄性化[13]。Desprez等研究報(bào)道，奧利亞羅非魚(yú)的雌雄比率隨著溫度的變化而變化，在34 ℃時(shí)后代雄性比例高達(dá)97.8 %；在27 ℃時(shí)雌、雄比例趨于平衡，雄性為63%[14]。Uchida等研究發(fā)現(xiàn)分別在28.5、35、37 ℃水溫條件下飼養(yǎng)雌性基因型斑馬魚(yú)至40 d，性腺出現(xiàn)雄性化的比率不斷上升，分別為0、688%和100%[15]。第2種類(lèi)型則與之相反，高溫下為雌性，低溫為雄性。Blaquez等在海鱸魚(yú)中發(fā)現(xiàn)其發(fā)育處于15 ℃時(shí)雄性占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，在24～25 ℃時(shí)，雄性比例下降至27%以下；性染色體為XY的鯰魚(yú)（Ictalurus unctuatus），在其性別決定的關(guān)鍵時(shí)期，高溫使群體趨向雌性；大馬哈魚(yú)（Oncorhynchus nerka）在溫度升高時(shí)群體發(fā)育也趨向雌性[16]。第3種類(lèi)型是高低溫均誘導(dǎo)出單性雄性種群，中間溫度發(fā)育為性比1 ∶1的種群。如泥鰍（Misgurnus anguillicautus）[17]和大鱗副泥鰍[18]在高溫（25～30 ℃）處理下均能得到明顯的偏雄性群體，雄性比率達(dá)80%以上，而在20 ℃條件下發(fā)育形成性比接近1 ∶1的種群；牙鲆（paralichthys olivaceus）[19]在升溫及降溫時(shí)，其雌性個(gè)體比例減少，中間溫度時(shí)種群比為1 ∶1。

2.2外源激素誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別分化

自1969年日本學(xué)者Yamamoto提出用外源性激素誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)雄性化和雌性化的設(shè)想后，幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼有許多學(xué)者在各種不同的魚(yú)類(lèi)進(jìn)行了外源類(lèi)固醇激素誘發(fā)性逆轉(zhuǎn)的試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)魚(yú)體進(jìn)行性激素的處理，使魚(yú)群體由基因型的雄性或雌性轉(zhuǎn)變成為具有功能性的表現(xiàn)型雌性或雄性，常用方法有注射、口服、浸泡和將激素藥丸植入魚(yú)體內(nèi)等。

具有雄性化效應(yīng)的外源激素如17α-甲基睪酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睪酮（11-KT）、11β-羥雄烯二酮（OHA）等，它們能夠影響?hù)~(yú)類(lèi)性腺發(fā)育過(guò)程，改變魚(yú)體個(gè)體內(nèi)源激素表達(dá)水平，從而引起魚(yú)類(lèi)群體性別比率的改變。將性成熟的雄性斑馬魚(yú)暴露于不同濃度的17α-MT中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)濃度達(dá)到6.4 ng/L和8.5 ng/L時(shí)即可明顯抑制內(nèi)源酮基睪酮（KT）和睪酮（T）的表達(dá)，62.3 ng/L的17α-MT使KT和T的表達(dá)水平分別降低了96.6%和79.8%[20]。Sone等研究發(fā)現(xiàn)，雌性食蚊魚(yú)（Gambusia affinis）幼魚(yú)暴露于1 μg/L和10 μg/L TB中，28 d后雌魚(yú)體內(nèi)出現(xiàn)卵精巢結(jié)構(gòu)，卵巢中出現(xiàn)精子[21]。Arslan等采用1 mg/L TBA處理黑斑刺蓋太陽(yáng)魚(yú)（Pomoxis nigromaculatus）幼魚(yú)，發(fā)現(xiàn)暴露組雄魚(yú)比例為100%，完全偏離了對(duì)照的1 ∶1比例；同樣，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素對(duì)魚(yú)類(lèi)具有雌性化效應(yīng)，能夠誘發(fā)魚(yú)類(lèi)性腺向雌性化方向發(fā)育，導(dǎo)致雄魚(yú)發(fā)育成為功能性雌魚(yú)[22]。Wang等采用含有不同濃度E2的飼料分別喂養(yǎng)30 d齡大鰭鱗鰓太陽(yáng)魚(yú)（Lepomis macrochirus）60 d后，發(fā)現(xiàn)大部分雄魚(yú)性腺發(fā)育為卵巢樣結(jié)構(gòu)，其中 150 mg/kg 實(shí)驗(yàn)組魚(yú)體雌性化效應(yīng)最為明顯[23]。Labadie等[24]研究結(jié)果表明低濃度EE2能夠抑制大菱鲆（Psetta maxima）體內(nèi)雄烯二酮和11-KT的合成，降低其在血漿中的含量，精巢中出現(xiàn)雌激素的表達(dá)。用10 μg/L DES處理雄性銀鯉（Carassius auratus）14 d后，發(fā)現(xiàn)魚(yú)體內(nèi)精母細(xì)胞解體，精巢結(jié)構(gòu)明顯退化并向卵巢方向發(fā)育[25]。

2.3芳香化酶抑制劑（aromatase inhabit，AI）誘導(dǎo)魚(yú)類(lèi)性別分化

芳香化酶是將睪酮轉(zhuǎn)化成17β-雌二醇的一個(gè)關(guān)鍵酶，若將其抑制必然會(huì)導(dǎo)致17β-雌二醇不能合成，從而使尚未分化的幼魚(yú)由于缺乏雌激素而趨向雄性化。因此，在魚(yú)苗性未分化階段用芳香化酶抑制劑（AI）抑制芳香化酶的作用，可以在一定程度上誘導(dǎo)雄性化個(gè)體的產(chǎn)生。Piferrer等在用AI處理斑馬魚(yú)時(shí)，在飼料中添加AI濃度為10 μg/g，雄魚(yú)比例達(dá)625%；加大AI的濃度到100 μg/g或500 μg/g時(shí)，雄魚(yú)率均達(dá)到100%；如果使用AI時(shí)伴用低劑量的MT會(huì)達(dá)到更好的雄性化效果[26]；但Bhandari等發(fā)現(xiàn)，外源雌激素會(huì)完全阻礙AI的作用，抑制其趨向雄性化的可能[27]。

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